C语言文件操作、错误处理及UNIX系统调用详解

# C语言文件操作、错误处理及UNIX系统调用详解 ## 1. 文件指针释放与错误处理 在进行文件操作时，当文件指针不再需要时，释放它们是个不错的做法。同时，对于输出文件使用 `fclose` 还有另一个原因，它会刷新 `putc` 收集输出的缓冲区。当程序正常终止时，会为每个打开的文件自动调用 `fclose`。若不需要 `stdin` 和 `stdout`，也可以将它们关闭，还能通过库函数 `freopen` 重新分配。 ### 1.1 错误处理 在处理文件操作时，错误处理至关重要。以 `cat` 程序为例，其错误处理并不理想。若某个文件因某种原因无法访问，诊断信息会打印在拼接输出的末尾。若输出到屏幕，这或许可以接受，但如果输出到文件或通过管道传输到另一个程序，就不太合适了。 为了更好地处理这种情况，引入了第二个输出流 `stderr`，它和 `stdin`、`stdout` 一样被分配给程序。即使标准输出被重定向，写入 `stderr` 的输出通常也会显示在屏幕上。 下面是修改后的 `cat` 程序，将错误信息写入标准错误： ```c #include <stdio.h> /* cat: concatenate files, version 2 */ main(int argc, char *argv[]) { FILE *fp; void filecopy(FILE *, FILE *); char *prog = argv[0]; /* program name for errors */ if (argc == 1 ) /* no args; copy standard input */ filecopy(stdin, stdout); else while (--argc > 0) if ((fp = fopen(*++argv, "r")) == NULL) { fprintf(stderr, "%s: can't open %s\n", prog, *argv); exit(1); } else { filecopy(fp, stdout); fclose(fp); } if (ferror(stdout)) { fprintf(stderr, "%s: error writing stdout\n", prog); exit(2); } exit(0); } ``` 该程序通过两种方式发出错误信号： - 由 `fprintf` 产生的诊断输出会发送到 `stderr`，这样它会显示在屏幕上，而不会消失在管道或输出文件中。消息中包含了程序名（来自 `argv[0]`），若该程序与其他程序一起使用，就能识别错误的来源。 - 程序使用标准库函数 `exit`，调用时会终止程序执行。`exit` 的参数可供调用该程序的任何进程使用，因此使用该程序作为子进程的另一个程序可以测试其成功或失败。通常，返回值 0 表示一切正常，非零值通常表示异常情况。`exit` 会为每个打开的输出文件调用 `fclose`，以刷新任何缓冲输出。 在 `main` 函数中，`return expr` 等同于 `exit(expr)`。`exit` 的优势在于它可以从其他函数调用，并且可以使用像第 5 章中的模式搜索程序找到对它的调用。 函数 `ferror` 若在流 `fp` 上发生错误，则返回非零值： ```c int ferror(FILE *fp) ``` 虽然输出错误很少见，但确实会发生（例如，磁盘已满），因此生产程序也应该检查这一点。 函数 `feof(FILE *)` 与 `ferror` 类似，若指定文件已到达文件末尾，则返回非零值： ```c int feof(FILE *fp) ``` 在小型示例程序中，我们通常不担心退出状态，但任何严肃的程序都应注意返回合理、有用的状态值。 ### 1.2 行输入和输出 标准库提供了输入输出例程 `fgets`，它类似于我们在前面章节中使用的 `getline` 函数： ```c char *fgets(char *line, int maxline, FILE *fp) ``` `fgets` 从文件 `fp` 读取下一个输入行（包括换行符）到字符数组 `line` 中，最多读取 `maxline - 1` 个字符。结果行以 `'\0'` 结尾。通常 `fgets` 返回 `line`，在文件末尾或出错时返回 `NULL`。（我们的 `getline` 返回行长度，这是一个更有用的值，零表示文件结束。） 对于输出，函数 `fputs` 将一个字符串（不一定包含换行符）写入文件： ```c int fputs(char *line, FILE *fp) ``` 若发生错误，它返回 `EOF`，否则返回非负值。 库函数 `gets` 和 `puts` 与 `fgets` 和 `fputs` 类似，但操作的是 `stdin` 和 `stdout`。令人困惑的是，`gets` 会删除终止的 `'\n'`，而 `puts` 会添加它。 下面是 `fgets` 和 `fputs` 的实现： ```c /* fgets: get at most n chars from iop */ char *fgets(char *s, int n, FILE *iop) { register int c; register char *cs; cs = s; while (--n > 0 && (c = getc(iop)) != EOF) if ((*cs++ = c) == '\n') break; *cs = '\0'; return (c == EOF && cs == s) ? NULL : s; } /* fputs: put string s on file iop */ int fputs(char *s, FILE *iop) { int c; while (c = *s++) putc(c, iop); return ferror(iop) ? EOF : 0; } ``` 标准为 `ferror` 和 `fputs` 指定了不同的返回值，原因并不明显。 使用 `fgets` 实现 `getline` 很容易： ```c /* getline: read a line, return length */ int getline(char *line, int max) { if (fgets(line, max, stdin) == NULL) return 0; else return strlen(line); } ``` ### 1.3 杂项函数 标准库提供了各种各样的函数，下面简要介绍一些最有用的函数。 #### 1.3.1 字符串操作 | 函数名 | 功能 | | ---- | ---- | | `strcat(s,t)` | 将 `t` 连接到 `s` 的末尾 | | `strncat(s,t,n)` | 将 `t` 的 `n` 个字符连接到 `s` 的末尾 | | `strcmp(s,t)` | 若 `s < t` 返回负值，`s == t` 返回零，`s > t` 返回正值 | | `strncmp(s,t,n)` | 与 `strcmp` 类似，但只比较前 `n` 个字符 | | `strcpy(s,t)` | 将 `t` 复制到 `s` | | `strncpy(s,t,n)` | 最多将 `t` 的 `n` 个字符复制到 `s` | | `strlen(s)` | 返回 `s` 的长度 | | `strchr(s,c)` | 返回指向 `s` 中第一个 `c` 的指针，若不存在则返回 `NULL` | | `strrchr(s,c)` | 返回指向 `s` 中最后一个 `c` 的指针，若不存在则返回 `NULL` | #### 1.3.2 字符类测试和转换 | 函数名 | 功能 | | ---- | ---- | | `isalpha(c)` | 若 `c` 是字母，则返回非零值，否则返回 0 | | `isupper(c)` | 若 `c` 是大写字母，则返回非零值，否则返回 0 | | `islower(c)` | 若 `c` 是小写字母，则返回非零值，否则返回 0 | | `isdigit(c)` | 若 `c` 是数字，则返回非零值，否则返回 0 | | `isalnum(c)` | 若 `isalpha(c)` 或 `isdigit(c)` 为真，则返回非零值，否则返回 0 | | `isspace(c)` | 若 `c` 是空格、制表符、换行符、回车符、换页符、垂直制表符，则返回非零值，否则返回 0 | | `toupper(c)` | 将 `c` 转换为大写字母 | | `tolower(c)` | 将 `c` 转换为小写字母 | #### 1.3.3 Ungetc 标准库提供了一个功能受限的 `ungetch` 函数版本，称为 `ungetc`： ```c int ungetc(int c, FILE *fp) ``` 它将字符 `c` 推回到文件 `fp` 上，若成功则返回 `c`，出错则返回 `EOF`。每个文件保证只能回推一个字符。`ungetc` 可与任何输入函数（如 `scanf`、`getc` 或 `getchar`）一起使用。 #### 1.